习题课—热力学第一定律及其应用.pptx

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1、 （1）反抗101.325kPa101.325kPa的外压恒温膨胀。【P15 1-19P15 1-19】P外 =101.325kPa气体的物质的量 n=W/M=100/28=3.57 mol V1=nRT1/P1=3.578.314298.2/1013250=8.7410-3 m3 V2 =nRT2/P2=3.578.314298.2/101325=87.410-3m3 W2=P外(V2 - V1 )=101325 (87.4 - 8.74) 10-3 =7970 J1-1 25时100g理想气体N2从1013.25kPa经下列过程变化到101.325kPa，求体系在变化过程中所做的体积功。P

2、1=1013.25kPa T1=298K V1=P2=101.325KpaT2=298k V2=解： 第1页/共25页(2) 恒温可逆膨胀。(3) 自由膨胀。 P外=0 W3 =0计算结果表明，可逆过程中所作的体积功最大。2211221ln3.57 8.314 298.2ln1020380VVVVVnRTWPdVdVnRTVVJ第2页/共25页1-2 将2mol100 、101.325kPa的水蒸气恒压加热至400 ，求过程吸收的热量。已知H2O(g)的恒压摩尔热容为【p21 例1-2】67835237332212230.00 1071 100.34 102 30.00 (673373)10.

3、71 10 (673373 )TTdT 533130.34 10 (673373 ) 2 (9000 1681.0286.6)21935.2J解： 2211,TTPpp mTTQC dTnCdT21135,/30.00 10.71 10/0.34 10/p mCJ KmolT KT K第3页/共25页无非体积功恒温恒压蒸发过程1-7 0.02kg乙醇在其沸点时蒸发为蒸气，已知乙醇的蒸发焓为857.7KJkg-1，蒸气的比容为0.607m3kg-1，试求蒸发过程的W、Q、U、H(设液体乙醇的体积与其蒸气相比可以忽略不计)。Qp=H=857.7 0.02=17.15 kJ U=Qp W= 17.1

4、5-1.27=15.88 kJ W=P外(V汽 - V液 ) P外V汽 =101.3251030.6070.02 =1.23 kJ解： 第4页/共25页1-10 1mol单原子理想气体从202.65kPa、0.0112m3的始态沿着PT=K（k为常数）可逆压缩至405.3kPa，求过程的U、H、W及Q。T2=P1T1P2=P1P2P1V1nR=202.65405.3202.650.011210318.314=136.5 KT1=P1V1nR=202.650.011210318.314=273 KP1=202.65kPaV1= 0.0112m3 T1=P2=405.3kPa T2= V2=解：

5、PT=K,21318.314136.52731702.32v mUnCTTJ P P1 1T T1 1=P=P2 2T T2 2第5页/共25页P=KTV=nRTP=nRT2KdV=2nRTKdT2 1 8.314 ( 136.5)2269.7J 22112122()VTVTKnRTWPdVdTnR TTTK,21518.314136.52732837.22P mHnCTTJ 1702.32269.73972QUWJ 第6页/共25页理想气体,nRTPV0TVUPnRTTPPVTV,VPnRTV解： 1-15 （1）利用热力学关系式,TVUPTPVT证明对于理想气体证明对于理想气体0TUV第7

6、页/共25页VVVVVUUTTCPTPP 1VVPVVVVCCnRCC,PVTnR,VTVPnR(2) 证明纯物质均相封闭体系解：理想气体解：理想气体VVVUTCPP，并由此证明理想气体并由此证明理想气体1VUVPP9 连锁法则连锁法则第8页/共25页1-17 p下在100g、-5的过冷水中加入少量冰屑，则过冷水将部分凝结为冰，最后形成0的冰水混合物，由于过程进行得很快，可视为绝热。已知冰的熔化热为333.46Jg-1,0-5 水的比热容为4.238JK-1g-1。-5，100克水克水0,克冰克冰+(100-x)克水克水0，100克克 水水0H(1) 求凝结出冰的量；解： 1H2H第9页/共2

7、5页H=0 解： 过程为绝热过程，则100 4.238 5333.46,x6.355xg即 mCp(水 )(T2-T1)= fasHm(冰 )12HH （2）过程的HH为多少？为多少？第10页/共25页1-20 某理想气体111122,PTPT,35.91.3035.9 8.314p mPmV mp mCCCCR1 1.301.301013.25298175.2101.325K11212PTTP ,21235.68.314175.22986706.9V mUnCTTJ ,212 35.6175.22988750.5P mHnCTTJ 6706.9WUJ 解： 11,35.6,p mCJ Kmo

8、l始态的温度为始态的温度为2525、压力为、压力为1013.25kPa1013.25kPa，求，求2mol2mol该气体经绝热该气体经绝热可逆膨胀至可逆膨胀至101.325kPa101.325kPa过程的过程的U、H、W。第11页/共25页1-21 上题中若气体反抗101.325kPa的恒定外压绝热膨胀到终态，求终态的温度及过程的U、H、W。凡抗恒外压绝热膨胀，为不可逆过程，不能使用绝热可逆过程方程。但是 成立。 UW21,2121221V mnRTnRTnCTTPVVPPP外2,112,V mV mPCR TPTCR(35.98.314)0.1 8.314298235.935.9K解： 第1

9、2页/共25页,21P mHnCTT2 35.6175.22984462.1J 3420.0WUJ ,21V mUnCTT2 (35.68.314) (235.4298)3420.0J P26 例例1-4第13页/共25页1-29 求25、P下反应 3224546NHgOgNO gH O g 3222222222(1)23(2)22(3)(4)2NHgNgHgHgOgH O lH O lH O gNgOgNO g的r rHHmm （298.15k298.15k）。已知下列数据）。已知下列数据第14页/共25页解：原式可由解：原式可由(1)2+ (2) 3+ (3) 6+ (4) 2所得所得 2

10、1326324rmrmrmrmrmHHHHH 12 92.383571.696 44.022 180.72904.69kJ mol 第15页/共25页2241.8352.28274.84281.7/rmkJmolH 2HO g 4CH g1-31 在天然气的综合利用中甲烷氧化偶联制乙烯的反应是最有经济价值的，试由物质的标准摩尔生成焓的数据计算25甲烷氧化偶联反应的标准摩尔反应焓rHm（298.15k）。反应式如下：物质 22CHCH g1HkJ molfm-74.84 52.28 -241.83解：查热力学数据 4222222CHgOCHCHgH O g第16页/共25页1-33 25萘（C1

11、0H8）的标准摩尔燃烧焓 10822212104C HgOgCOgH O l,010 8rmHCHscmH,10 810,4,22HCO gHHC H sH Olfmmmff 解： 1298.15k5154.19,22HKJ molCOgH O lcm 、的标准摩尔的标准摩尔生成焓生成焓298.15kHfm分别为分别为-393.51KJmol-1、-285.84KJ-285.84KJmolmol-1-1, ,试求试求C C1010HH8 8(s)(s)的标准摩尔生成焓的标准摩尔生成焓298.15kHfm。第17页/共25页,10 8HCHsfm10,4,2210 8HCO gHH OlHC H

12、 sfmfmc m 10393.514285.845054.19 75.73/kJmol第18页/共25页1-35 25丁二烯（g） 22COgH O l4,HC scm,46HC Hgcm3,2HHgcm 22243rmHCHgCHCHCHCHg 解： 1298.15k2542,2HKJ molH O lcm 的摩尔蒸发焓为的摩尔蒸发焓为44.01kJ44.01kJmolmol-1-1,H,H2 2O(g)O(g)、COCO2 2(g)(g)的的 298.15kHfm分别为分别为-241.82kJ-241.82kJmolmol-1-1、-393.51-393.51kJkJmolmol-1-1

13、，求，求2525、p下由稳定单质生成下由稳定单质生成1mol1mol丁二丁二烯烯的的HUrmrm和。第19页/共25页rmrmUHPV 2,3,2464,fmHCOgHC HgfmcmHH O l 4393.513241.82 44.0125.42 110.47/kJmol,3,2464rmHC sHHgHC HgcmcmcmH /115.5rmkJmolHnRT 第20页/共25页1-43 求反应C（石墨）+CO2（g）=2CO(g)在25及1000 时的标准摩尔反应焓rHm。已知下列数据。2298.152,rmfmfmHKHCO gHCO g 2110.52393.51172.47/kJ

14、mol 1273298.151273298.15rmrmrpHKHC dTK解： 1298.15k / kHJ molfm物质Cp,m/JK-1mol-1C（石墨）017.15+4.2710-3T/KCO（g）-110.5226.86+6.9710-3T/KCO2(g)-393.5126.00+43.510-3T/K第21页/共25页 1273,22982p mp mp mCCOCCCCO dT15603.3815.60JkJ 1273298rpC dT1273329810.5733.83 10 T dT32233.8310.5712732981012732982其中其中1273172.47

15、15.60156.87rmHKkJ第22页/共25页1-45 1molH1-45 1molH2 2与过量与过量50%50%的空气在一绝热恒容密闭容器内混合的空气在一绝热恒容密闭容器内混合点火即发生爆炸，求爆炸所能达到的最高温度和最高压力。点火即发生爆炸，求爆炸所能达到的最高温度和最高压力。假定所有气体均按理想气体处理，且用平均摩尔热容做近似假定所有气体均按理想气体处理，且用平均摩尔热容做近似计算。计算。【P P47 47 例例1-151-15】1111,2,2,2,33.58,29.3V mV mV mCH O gJ kmolCNgCO gJ Kmol。解：爆炸反应在绝热恒容密闭解：爆炸反应在

16、绝热恒容密闭容器内完成，容器内完成，Q=0,W=0,Q=0,W=0,r rU Um m=0=0反应式为反应式为: H: H2 2(g)+(g)+1/2O O2 2(g)=H(g)=H2 2O(g)O(g)(n nO2O2:n:nN2N2=V=VO2O2:V:VN2N2= =0.21:0.790.21:0.79)T T1 1=298.15K, p=298.15K, pH H2 2: 1mol: 1molO O2 2: 0.75mol: 0.75molN N2 2: 0.75: 0.750.79/0.21 0.79/0.21 =2.82mol=2.82molrHmH2rHm(298.15k)T T

17、1 1=?, p=?, pH H2 2O: 1molO: 1molO O2 2: 0.25mol: 0.25molN N2 2: 2.82mol: 2.82molT T1 1=298.15K, p=298.15K, pH H2 2O: 1molO: 1molO O2 2: 0.25mol: 0.25molN N2 2: 2.82mol: 2.82mol以以1molH1molH2 2(g)(g)为计算基准，反应始、终态及物料关系如下：为计算基准，反应始、终态及物料关系如下：rUm=0U2rUm(298.15k)第23页/共25页 解：解：反应式为反应式为: H: H2 2(g)+1/2O(g)+

18、1/2O2 2(g)=H(g)=H2 2O(g)O(g)12298.151,241.83rmfmHKHH O gKJ mol (查表查表)298.15298.15rmrmBUKHKRT 311241.83 101 18.314 298.15240.62KJ mol 11 33.580.25 29.32.82 29.3123.53VBCBJ K 2123.53298.15UT32298.15240.6 10123.53298.15rmUKUT 2246TK112212n RTn RTPP初态与终态变化恒容 21 221 14.07 101.325 2246679.84.57 298.15n PTPkPanT第24页/共25页谢谢您的观看！第25页/共25页